Номер 845, страница 147 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

845. Для защиты швейных иголок от коррозии было предложено покрывать их слоем золота. Позолоченная иголка, конечно, очень красива, но дорога, поэтому покрытие наносили тонким слоем. Однако вскоре обнаружилось, что позолота не защищает иголку. Кратко поясните, почему.

Решение

Данное явление объясняется электрохимической коррозией, которая возникает при контакте двух разнородных металлов в присутствии электролита (влаги из воздуха).

Швейные иголки сделаны из стали, основным компонентом которой является железо (Fe). Покрытие выполнено из золота (Au). Чтобы понять, почему возникает коррозия, необходимо рассмотреть положение этих металлов в электрохимическом ряду активности. Железо — значительно более активный металл, чем золото. Стандартный электродный потенциал железа ($E^0(Fe/Fe^{2+}) = -0,44 \text{ В}$) намного меньше, чем у золота ($E^0(Au/Au^{3+}) = +1,50 \text{ В}$).

Когда два этих металла находятся в контакте, они образуют гальваническую пару. В этой паре более активный металл (железо) выступает в роли анода и подвергается окислению (разрушению), а менее активный (золото) — в роли катода, на котором протекают процессы восстановления.

Поскольку по условию слой позолоты очень тонкий, он не является сплошным и герметичным. В нём неизбежно присутствуют микроскопические поры, трещины и царапины. Через эти дефекты стальная основа иголки получает доступ к влаге и кислороду из окружающей среды.

В результате в местах нарушения целостности покрытия образуются многочисленные микрогальванические элементы. Железо (анод) начинает интенсивно корродировать, отдавая электроны ($Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$), а на поверхности золота (катода) происходит восстановление кислорода из влажного воздуха. Из-за большой разницы потенциалов между железом и золотом процесс коррозии железа в этих местах не просто идёт, а значительно ускоряется по сравнению с иголкой без покрытия.

Таким образом, тонкое покрытие из благородного металла не только не защищает более активный металл, но и, наоборот, способствует его ускоренному локальному разрушению. Для эффективной защиты следовало бы использовать покрытие из более активного металла, чем железо (например, цинка), которое бы "жертвовало" собой, корродируя вместо стали (так называемая протекторная защита).

Ответ: Тонкий слой позолоты имеет дефекты (поры, царапины), через которые стальная основа иглы (железо) контактирует с влагой воздуха. Образуется гальваническая пара, в которой более химически активное железо является анодом и подвергается ускоренной коррозии, а менее активное золото — катодом, который этот процесс катализирует.